一种无线mesh网络的高效业务传输方法与流程

本发明涉及通信网络领域，特别是涉及排队论，以及优化理论。

背景技术：

近年来，随着高新科技不断地飞跃式发展，通讯技术领域的新月异，以智能手机、移动终端为主流的便携式无线通讯设备得到了极其快速的发展。各大公司厂商逐渐将注意力转向移动终端领域，以智能手机、平板电脑等设备作为平台，发展自身的产品。用户在使用智能手机时会产生非常多的网络服务，传统的有线网络通过电缆、基站等固定连接设备提供网络服务，这种方式已经无法满足如今公司厂商以及用户日益增长的移动网络服务需要。无线网络则不需要太多的线缆连接设备，任何时间、任何地点，只要附近存在无线网络信号，人们就可以很方便并快速地享受网络服务，无论是对公司厂商还是对用户大众都是极大的便利。目前无线网络的研究主要集中在无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)、无线自组网(Wireless Ad hoc Network，WANET)、无线Mesh网络(Wireless Mesh Network，WMN)等领域。其中WMN是针对商业应用发展起来的一种无线网络结构，可以为提供网络业务的公司厂商以及终端用户提供方便、廉价、可靠的接入服务，具有广阔的应用前景。

WMN按结构特点以及节点的组成可以分为三个层次:骨干Mesh网络(分级结构)，用户终端网络和混合网络，如图1所示。

骨干Mesh网络由许多Mesh路由器组成，称为路由节点，其中一些路由节点通过有线的方式连接到Internet和其它无线网络，实现不同网络间的通信，这些路由节点称为网关节点，其数量可以按照具体的需要进行部署。在骨干Mesh网络中部署多个网关节点有多方面的优势：首先，网关节点数量的增加使得路由节点与网关节点间的路由路径增加，减少了路由节点和网关节点间的传输距离，从而减少了信息转发的时延，提高了数据转发效率；其次，当网络中的某个网关节点出现故障时，网络中的信息还可以通过其他的网关节点进行转发完成，大大增强了WMN的可靠性；第三，网关节点作为信息汇聚的节点，很容 易出现负载过高的现象，多个网关节点就能很好地使信息分流，防止网络拥塞，提高网络性能。

用户终端网络中，每个节点(智能手机、平板电脑、PDA等)都处于对等的地位，每个节点既是用户终端，共享网络中的资源，又是路由节点，能在网络中进行数据转发。在这种网络结构中，各个节点之间主要以相互通讯为主，而不需要连接到Internet或其他无线网络，一般只使用一种无线技术。

混合网络是骨干Mesh网络与用户终端网络的结合，是日常生活中最常见的结构。在混合网络中，路由节点和用户终端节点都可转发来自相邻节点的数据信号，实现网络路由功能。通过混合网络，用户终端得以通过数据的转发接入网关节点，从而获得Internet的服务。在这种结构中，由于路由节点和用户终端节点都具有一定的路由能力，能承担一定的接入和转发任务，因此增加了无线设备接入网络的方式，扩大了网络覆盖范围，同时减少了基础设备的数量，降低了网络部署成本。

因此，为提升无线mesh网络的传输能力，有必要建立高效的路径规划和优化传输模型。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：通过建立传输时间优化模型和高效的路径选择机制，实现无线mesh网络高效资源利用和均衡业务传输的联合优化。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下步骤，如图2所示：

A、建立传输时间优化模型；

B、建立高效的路径选择机制。

所述步骤A中，具体为：

其中i,i′,i^*均为业务流标识，i和i′均为不具有优先级需求的业务流，但i≠i′，i^*为具有优先级需求的业务流，j,j′,j^*分别为对i,i′,i^*的操作处理标识，k为网络中的移动终端标识，N为不具有优先级需求的业务流集合，P为具有优先级需求的业务流集合，M为网络中的节点集合，R为网络中的移动终端集合，O_m为节点m对不具有优先级需求的业务流的操作处理集合，o_ij为业务流i的第j次操作处理，p_ij为o_ij所需的时间，n_i为业务流i在网络中的操作处理次数，t_ij,i′j′为从o_ij向o_i′j′进行状态转移所需时间，T为所有业务所需的传输与处理时间，为o_ij的起始时间，为传输处理T_ij的起始时间，y_ij,i′j′,z_ij,i′j′,x_ijk均为决策变量，若o_ij先于o_i′j′之前被处理则y_ij,i′j′＝1，反之则y_ij,i′j′＝0，若T_ij先于T_i′j′之前被处理则z_ij,i′j′＝1，反之则z_ij,i′j′＝0，T_ij为移动终端k作为中继节点实现操作处理任务o_ij完成后的传输处理任务，L为权重系数。

所述步骤B中，路径选择机制具体为：a.业务源节点在业务中增加RREQ信息，并将该信息发送至传输节点；b.传输节点收到该业务流时判断是否处理该业务信息，若其需要处理该信息，则转至子步骤e，反之则转至子步骤c；c.使 用RREP和重定向信息通知源节点进行业务重定向；d.基于RREP信息选择新的中间节点；e.对邻近节点进行测量估计；f.进行流量调节；g.将数据信息发送至下一跳节点或目的节点；h.使用地理位置数据库获取邻近节点状态信息，并转至子步骤b；i.业务发送端通过采用基于RREP信息的传输节点选择机制和加载重定向RREQ信息以及地理位置数据库，重新将业务信息发送至被选择的传输节点，并转至子步骤b，其中RREP为路由请求洪泛信息，RREQ为路由反馈信息，如图3所示。

所述步骤B中，RREQ处理行为为：a.当节点n收到节点m的RREQ信息后，判断是否成立，若成立则转至步骤b，反之则，并结束处理；b.根据源节点地址在路由表中获取RREQ报文序号，若找到则结束处理，反之则转至步骤c；c.在广播中插入新的路由请求，并更新源节点信息，并转至步骤d；d.在路由表中查找指向目的节点的路由，若该路由存在则转至步骤e，反之则转至步骤f；e.继续广播RREQ信息，并结束处理；f.把指向源节点的下一跳地址插入目标节点路由表中的前驱节点列表中，并转至步骤g.；g发送RREQ至下一节点，并判断下一节点是否收到RREP，若是则结束处理，反之则转至步骤e，其中E_min为接收能量的最小值，d_w为节点间的统计平均传输距离，V_max为节点间相对移动速度最大值，t_max为节点间数据包传输的时延上限，E为接收能量的门限值。

附图说明

图1无线mesh网络结构示意图

图2无线mesh网络的高效业务传输实现流程示意图

图3路径选择机制示意图

具体实施方式

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

第一步，建立传输时间优化模型，具体为：

其中i,i′,i^*均为业务流标识，i和i′均为不具有优先级需求的业务流，但i≠i′，i^*为具有优先级需求的业务流，j,j′,j^*分别为对i,i′,i^*的操作处理标识，k为网络中的移动终端标识，N为不具有优先级需求的业务流集合，P为具有优先级需求的业务流集合，M为网络中的节点集合，R为网络中的移动终端集合，O_m为节点m对不具有优先级需求的业务流的操作处理集合，o_ij为业务流i的第j次操作处理，p_ij为o_ij所需的时间，n_i为业务流i在网络中的操作处理次数，t_ij,i′j′为从o_ij向o_i′j′进行状态转移所需时间，T为所有业务所需的传输与处理时间，为o_ij的起始时间， 为传输处理T_ij的起始时间，y_ij,i′j′,z_ij,i′j′,x_ijk均为决策变量，若o_ij先于o_i′j′之前被处理则y_ij,i′j′＝1，反之则y_ij,i′j′＝0，若T_ij先于T_i′j′之前被处理则z_ij,i′j′＝1，反之则z_ij,i′j′＝0，T_ij为移动终端k作为中继节点实现操作处理任务o_ij完成后的传输处理任务，L为权重系数。

第二步，建立高效的路径选择机制，具体为：a.业务源节点在业务中增加RREQ信息，并将该信息发送至传输节点；b.传输节点收到该业务流时判断是否处理该业务信息，若其需要处理该信息，则转至子步骤e，反之则转至子步骤c；c.使用RREP和重定向信息通知源节点进行业务重定向；d.基于RREP信息选择新的中间节点；e.对邻近节点进行测量估计；f.进行流量调节；g.将数据信息发送至下一跳节点或目的节点；h.使用地理位置数据库获取邻近节点状态信息，并转至子步骤b；i.业务发送端通过采用基于RREP信息的传输节点选择机制和加载重定向RREQ信息以及地理位置数据库，重新将业务信息发送至被选择的传输节点，并转至子步骤b，其中RREP为路由请求洪泛信息，RREQ为路由反馈信息。

第三步，RREQ处理行为为：a.当节点n收到节点m的RREQ信息后，判断是否成立，若成立则转至步骤b，反之则，并结束处理；b.根据源节点地址在路由表中获取RREQ报文序号，若找到则结束处理，反之则转至步骤c；c.在广播中插入新的路由请求，并更新源节点信息，并转至步骤d；d.在路由表中查找指向目的节点的路由，若该路由存在则转至步骤e，反之则转至步骤f；e.继续广播RREQ信息，并结束处理；f.把指向源节点的下一跳地址插入目标节点路由表中的前驱节点列表中，并转至步骤g.；g发送RREQ至下一节点，并判断下一节点是否收到RREP，若是则结束处理，反之则转至步骤e，其中E_min为接收能量的最小值，d_w为节点间的统计平均传输距离，V_max为节点间相对移动速度最大值，t_max为节点间数据包传输的时延上限，E为接收能量的门限值。

本发明提出了一种无线mesh网络的高效业务传输方法，通过建立传输时间优化模型和高效的路径选择机制，实现无线mesh网络高效资源利用和均衡业务 传输的联合优化。